计算机视觉教研探索与探究研究生指导
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【摘 要】研究生教育质量保障外部质量保障机制需要通过内部质量保障机制发挥作用，计划在加强现代化教育手段方面进行一些建设与探索，努力向学生提供信息容量大、表现形式丰富的综合性辅助认识手段。
【关键词】课程 计算机视觉 图像检索
1.课程设置、建设与改革自述
1.1 综合基础与应用，精选教研内容
从专业学位教育的高层次应用型人才培养目标出发，我以学生专业应用能力的培养作为教研的重点，同时，考虑到“计算机视觉”是一门数学要求较高、理论性较强的专业基础课程。课程的基础理论教研十分重要，我在规划教案时，综合安排基础理论与应用实践的教研内容。
1.2 强调学生应用能力，优化教研方法
将启发式教研方法融入到整个教研过程中，将课堂讲授的重点放在问题由来、概念形成、研究思路与方法上，并通过介绍人工智能与计算机视觉学科交叉中出现的最新研究与应用。把新理念、新思路、新方法和新问题引入课堂，调动学生学习的积极性和主动性，拓宽他们视野和思路。
通过较为熟悉的分析，“计算机视觉”课程中的教研方法较为新颖，使他们从一开始就建立了所学理论与实际工程控制问题的联系。
按“计算机视觉”的基础理论和知识内容分环节来实施教研，每个环节以实际工程问题开始，以理论学习为基础，各教研环节之间既是工程问题的系统化深入，也是理论知识体系的循序推进。
按“计算机视觉”的基础理论和知识内容分环节来实施教研。每个环节，以理论学习为基础，以提出和解决实际实验案例中的识别问题为结束，各教研环节之间既是三维重建问题的系统化深入，也是理论知识体系的循序推进。
他们都十分赞同我以强调学生自主学习和应用能力为目的的启发式和交互式教研方法。尤其是以论文报告和答辩形式提交作业。强调了理论和应用的结合。每一次的作业贯穿整个教研环节，使他们对问题的发现、理解和解决成为一个逐渐明确、细化和深入的过程，因此。虽然作业要求较高、工作量较大，但做起来并不会感到压力和困难。同时，他们大多之前没有撰写科研论文和报告的经历，通过作业也可以使他们在这方面的能力得到锻炼和提高，最后考试结业。
与此同时。研究生们也畅谈了他们对课程教研中一些问题的看法.研究生们十分重视专业应用能力和实际动手能力的培养与提高。也非常看重扎实理论基础的必要性，都认为理论学习与专业应用能力培养应该没有矛盾，但在有限的2年时间内，如何实现两者的全面提高，他们大多存在疑虑。同时，他们也认为目前大多数的课程教研具有明显的理论或实践的偏向性，缺乏科学合理的平衡。
针对我在教研中所提出的案例和问题，学生们反映，尽管十分熟悉，但对问题的本质和要求仍只是停留在理性认识上。无法建立与实际对象的对应关系。另外，他们提出，案例仅从单一课程角度讲授，在有限课时内难以从多学科的角度介绍滤波，三维重建，运动恢复，图像检索案例，虽然是实际科研项目，但课堂不可能展示整体实物，学生缺乏工业现场的实际感受。使得学生对案例的整体理解难以跳出课堂的思维界域。
针对此，我计划在加强现代化教育手段方面进行一些建设与探索，努力向学生提供信息容量大、表现形式丰富的综合性辅助认识手段。考虑到“计算机视觉”通常需要运用计算机技术解决工程问题，我们将在以后教研中，增加计算机辅助教研的功能。如利用Matlab工具对所学内容及实际视觉问题进行可视化仿真演示。我们也将用虚拟仪器工具搭建案例的虚拟系统，试图通过这样的虚拟系统，向学生提供有利于启发思维的灵活的认识与实践环境。增强学生的感性认识；同时，尽管采用了多媒体教研。计划在以后的教案中增加更多的现场视频材料以及图形和图像资料，使学生更容易理解和记忆，增强抽象理论的可接受性。这些工作都需要我们在教研和科研工作之余投入大量的热情和精力。
2.教研手段（课程建设中积极营造数字化、信息化环境和外语教研环境，网络教研和网上教研资源的开发与建设情况）
2.1本课程的主要特色
体现机器视觉与机器听觉融合。①机器视觉：图像处理、图像与视频压缩、模式识别和机器学习、生物特征识别、三维视觉信息处理。②机器听觉：听觉计算模型、语音信号处理、口语信息处理。此外还在同济大学开设计算机视觉，和图像处理方面课程，该课程构成本课程基础， 及对大量应用实例介绍设计方法，系统性能，并对结果进行祥细分析和点评。学生通过听课可以跟随教师本人了解和掌握计算机视听觉。充分领略数字技术用于语音通信这一广阔的领域神奇魅力。脑、 机接口的研究有广阔的应用前景， 正成为脑科学、康复工程、神经工程及人机交互（ puter interface， HCI） 领域的一个研究热点。
2.2本课程的建设总目标和成果
以后开展图像，图形，语音处理，多媒体的内容的检索，三维景物物体的重建，自然语言理解的研究方向：视觉与听觉的生理学和心理学基础，从生理与心理学的角度探索视觉与听觉的感觉和知觉机理，为视觉与听觉信息处理提供基本理论和方法，完成同济大学研究生精品课程建设。以近几年为研究生讲授“计算机视觉”课程讲义的电子教案为基础，结合开发科研项目，并参考相关文献资料和最新动态编写计算机视听觉电子教案，和教材。
机器视觉：图像处理、图像与视频压缩、模式识别和机器学习、生物特征识别、三维视觉信息处理。
机器听觉：听觉计算模型、语音信号处理、口语信息处理、自然语言处理、智能人机交互。
2.3 本课程的建设分年度目标和步骤
教材内容：针孔摄像机，辐射学术语；局部影调模型，点，线和面光源，光度学体视；颜色；线性滤波器，平滑抑制噪音，边缘检测；纹理，用滤波器输出表示统计量，纹理量，纹理合成，由纹理推断形状；基本的多视角几何，立体视觉；用聚类实现分割；拟合直线与曲线，用最大似然率进行拟合，鲁棒性；隐变量与EM；用卡尔曼滤波来跟踪，数据相关；摄象机标定；使用特征对应和摄像机标定的基于模型的视觉；使用分类器的模版匹配；基于关系的匹配；在数字图书馆中检索图像，基于图像的绘制。
准备离散时间语音信号处理的原理，介绍语音信号处理研究及其应用方面的最新动态，其中包括语音处理，语音时频分析以及非线性声学语音产生模型，而这些讲授内容在以往任何一本语音信号处理教科书都不曾提及，深入介绍以下内容：语音编码，语音增强，语音综合，说话人识别，语音信号恢本复，动态范围压缩语音信号处理基础，语音的时域的分析语音信号频域分析，语音信号线性预测分析，矢量量化，语音编码，语音合成，语音增强，说话人识别。
通过研究生指导模式的学习，两种指导方式之一是对传统面对面的与基于网络两种指导方式的混合。师生之间定期与不定期面对面的交流对于保证研究生指导质量提高有着重要关系。互联网突破时空限制为高校师生提供一个开放的、共享、个性化、多维交互的教与学的平台。我提供优秀研究资源，学生也可以通过网络共享研究资源。师生都可以Web对于优化研究资源的共享、促进师生之间的社会互有着重要作用使得研究生指导模式充分发挥面对面指导。研究生指导主要注重科研素养培养。研究生培养根本目标发展能力。课程学习对于系统提高研究生对专业关心课程学习状况必要，要为学生提供学习方法指导与建议，要鼓励学生结合课程学习进行相关讨论。
基于自主与协作的探究性学习是研究生学习的主体地位，发挥作用。我在教研中培养研究生发现问题、分析问题、解决问题的能力正是为了支持研究目标在于获得亲身参与研究探究体验：培养“教研模式中”包括个人理解专业研究领域相关问题的内涵与特征。旨在使学生能够切实掌握专业与研究领域所涉及基本原理与能够利用这些原理与方法分析确定方案实施、“know“know 是相互交织相互作用的层面，主要是为了增强指导以便根据不同层包括若干个问题常常需投人较多的精力与时间。应该安排较长时间且要充分利用网络技术平台支持。提升研究质量有效地避免传统指导误区。在指导时过于强调研究生所获取学术成果而忽视指导过程体现在两方面：一目标评价标准单一往往给研究生层面：①面向研究生个体的“个别指导”；②面向小组集中：③自主调控评价，必须与教师、同伴、专家进行交流、协作才有可能真正地提高效率，实现学习目标，培养学团队意识，其次要帮助研略，在各层面都有明确的目标相应指导内容，并要注意这三个层面整合。使之过程得到全面发展。养成科学态度和科学道德。“科研能力发展、轻综合素质培养”，研究生导师不但应该是研究生的指导者。指导教师可以按“科研项目一要问题一具体任务”的层次。以教师的、助学促学”尽可使每个研究生都能达到预期培养目标。评价要更关注总结性评价”与“过程性评价”工具以丰富研究生指导过程中教研交互的教育学中社会互。传统环境下的社会互往往是面对面的交互。网络平台可以利用构建社会网络支持社会交互。强调的研究科研成果而深层次交流方式不同指导目标、不同指导层次整合，指导教师角色转变，变革评价方式，丰富指导教师来促进“自主一协作”探究学习，对研究生“混、他评”与“自混评关注教研评价的。”教研模式下网络技术与内涵表现在：①利用技术促进教研资源的整合，优化教研资源管理，教研资源共享，促进师生与教研内容的交互；②利用Web工具，有效地整合现实交互空间虚拟交互空间另外还地加速或加强人际联系，帮助师生了解探究式应用实践探索。
研究生是否发表了高水平的科研成果，研究生入学初期，以Web的应用为核心的互联网络不但为高校师生的交流提供了新的沟通与互动方式。以独特高校师生的思维方式生存方式发生了系列改变。也成为高校师生教研与生活中的重要信息工具为研究生指导提供了丰富的资源与多维立体环源。网络平台也用于共享、深化面对面交流中所总结形成相关观点与资料。要求其他每位学生都至少要提一个问题所提出问题进行进一步的讨论。了解专业研究领域的基本问题、核心问题与前沿问题研究生自己在调研基础上提出研究进行独立自主的探究。所以除了关注在专业领域内研究能力的发展之外还要注意教育科研能力的培养引导学关注“专业发展”。 用于规划了解学生的已有基础，以帮助后期制定更为合理个别指导计划：第二，通过召开定期的讨论会、师生个别交流，包括两种类型：①旨在提高新生适应研究生学习与生活的适应性：②面向科研任务的研究小组。面向任务方式冲击着高校师思维方式与文化理念，非常重视网络平台研究指导中的应用，建立了向团队公用资源平台教研主要采用研究式教研方法， 要求研究生自学其基本原理， 然后利用实际数据，由导师提供或从期刊文献中获取，完成数据预处理、计算、结果表达、解释的全过程， 并以论文形式提交给教师， 同时在课堂上向大家介绍自己的研究成果。这样做一方面提高了学生应用知识的能力以及研究成果的文字组织和语言表述能力。 另一方面， 研究生的每篇习作就是一个很好的实例， 教师可以从中发现学生对知识理解的偏差， 及时予以纠正， 使学生对方法的掌握更加准确和牢固。将网络共享平台中上传所有研讨记录训练，将研究分个层面：①选择专业研究内的基本问题或重要问题或热点问题对之进行深入探究。掌握本专业领域基本研究方法；②以自己课体依托，在课题下设置子课根据研究与研究兴趣跨年级构建小组，每个小组负责不同的子课题与任务③鼓励研究途径。一年级开始参与课题研究，二年级学期要求开始提出自己一些问题或鼓励结合确定毕业论文选题使他们在更大程度职业能力发展；推荐专业相关资料；对（共8人）进行指导，效果较明显。在学习方面，24名本科生通过毕业答辩。研究生八人以学生身份公开发表学术科研论文。 他们在这方面的能力得到锻炼和提高。
通过"混合型-探究式"研究生指导模式的学习实践三个维度的"混合"：对传统面对面的与基于网络的两种指导方式的整合，对提升研究生课程学习绩效、促进研究生科研能力发展、促进研究生职业能力发展三个指导目标的整合，对个别指导、小组集中指导、团队集中指导三个指导层面的整合；说明了该模式中三个层面的"探究"：对专业问题的探究，对专业与研究领域内基本原理的探究，对综合科研任务的探究；同时介绍了在实践层面应用"混合型-探究式"研究生指导模式的实际效果。以重点学科为依托，吸取国内外大学研究生培养经验，对创新型研究生培养模式方法进行探索，在研究生培养模式改革中，提出“四个转变”的指导思想，即变“单人指导”为“团队指导”，变“单一培养模式”为“多元培养模式”，变“以教师为中心”为“以学生为中心”，变“面向培养结果”为“面向培养过程”。形成以研究生为中心的培养模式，突出研究生探索精神、科学思维、创新意识的培养。切实 行的措施 引导 究生遵守科学 道德，保持科学冲动，增强创新意识，提高科学能力。
考虑到“计算机视觉教研探究研究生指导”通常需要运用计算机技术解决工程问题，我将在以后教研中，增加计算机辅助教研的功能。如利用Matlab工具对所学内容及实际视觉问题进行可视化仿真演示。我也将用虚拟仪器工具搭建案例的虚拟系统，试图通过这样的虚拟系统，向学生提供有利于启发思维的灵活的认识与实践环境。增强学生的感性认识；同时，尽管我采用了多媒体教研。我计划在教案中增加更多的现场视频材料以及图形和图像资料，使学生更容易理解和记忆，增强抽象理论的可接受性。
参考文献：
[1]David A.Forsyth and Jean Ponce ， Computer Vision-A modern Approach
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[6]张雄伟，陈亮等.现代语音处理技术及应用.机械工业出版社，2003
[7]Thomas F.Quatieri离散时间语音信号-原理与应用，电子工业出版社，2004
[8]郑燕林等“混合型-探究式”研究生指导模式的构建与实践，学位与研究生教育，2010
注：顾嗣扬人才引进科研启动经费
（作者单位：同济大学计算机系；上海 200092）